水冷壁爬行機(jī)器人

鍋爐是發(fā)電廠較重要的生產(chǎn)設(shè)備，其爐內(nèi)水冷壁管在長(zhǎng)期服役中受到煙氣、煤灰和火焰等侵蝕，極易出現(xiàn)磨損、腐蝕，造成管壁局部減薄，在管內(nèi)高壓、高溫蒸汽的作用下，最終產(chǎn)生管體爆裂泄漏等嚴(yán)重事故。鍋爐出現(xiàn)泄漏與一般管道出現(xiàn)泄漏不同，無(wú)法在生產(chǎn)運(yùn)行中進(jìn)行維修，往往要停機(jī)搶修，其經(jīng)濟(jì)損失巨大，因而各電廠對(duì)有效減少和避免鍋爐爆管都非常重視，能在短期停爐期間不用搭滿爐膛架子而對(duì)水冷壁用爬行機(jī)器人進(jìn)行檢查具有十分重要的意義。

一、電廠鍋爐水冷壁腐蝕的類(lèi)型

1、內(nèi)壁垢下腐蝕

當(dāng)水冷壁管受熱面內(nèi)由于垢下腐蝕產(chǎn)生的氧化物造成蒸汽停滯或流速減小時(shí)，將發(fā)生反應(yīng)，并在金屬表面形成磁性氧化鐵膜（Fe3O4），稱為“蒸汽腐蝕"，所產(chǎn)生的蒸汽腐蝕后生成的氫氣如果不能較快地被氣流帶走，將與鋼管表面發(fā)生作用，使之脫碳，造成鋼材變脆，所以也稱為“氫腐蝕"。

內(nèi)壁腐蝕實(shí)質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，局部溫度越高反應(yīng)越強(qiáng)烈。反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氧化物殘余物將使局部蒸汽流速減慢，更促進(jìn)了上述反應(yīng)的進(jìn)行，垢下腐蝕一般發(fā)生于鍋爐水冷壁管向火側(cè)內(nèi)壁，破壞形式如貝殼。垢下腐蝕發(fā)生后向深度發(fā)展，致使管壁穿孔爆裂。另外，被腐蝕區(qū)域的鋼材表面蓋有疏松的鐵銹層，造成管壁熱傳導(dǎo)性不良，出現(xiàn)局部管壁過(guò)熱，產(chǎn)生材質(zhì)蠕變，甚至出現(xiàn)管壁向外鼓包，最終破裂。

在多次不同電廠的鍋爐檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)水冷壁管內(nèi)壁缺陷有的以下幾種主要特征：

（1）缺陷多為腐蝕坑，裂紋極少。

（2）所有的腐蝕坑都發(fā)生在向火側(cè)，以中間部位居多。

（3）腐蝕坑的面積大小，深度不同，隨服役時(shí)間而發(fā)展。

（4）在爐墻上分布無(wú)規(guī)律可言。如某處出現(xiàn)爆管，而割開(kāi)附近幾處管檢查都完好無(wú)損,運(yùn)行一段時(shí)間又會(huì)在其它位置爆管。

2、外壁高溫腐蝕

影響水冷壁外部腐蝕的最主要原因是水冷壁附近的煙氣成分和管壁溫度。具體地說(shuō)，由于燃燒器附近火焰溫度可高達(dá)1400℃左右，因此，煤中的礦物成分揮發(fā)出的腐蝕性氣體較多，為受熱面的腐蝕創(chuàng)造了條件。另外，由于燃燒器區(qū)域附近水冷壁管的熱流密度很大，溫度梯度也很大，管壁溫度常達(dá)400～450℃，這對(duì)管壁的高溫腐蝕也起著不小的作用。

鍋爐水冷壁管子金屬在氧、硫等氧化劑的作用下，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生高溫腐蝕。當(dāng)煙氣和積灰層中含有腐蝕性成分時(shí)，管子將發(fā)生腐蝕，甚至造成爆管。

燃煤鍋爐水冷壁上發(fā)生的高溫腐蝕通常屬于硫化物型高溫腐蝕，主要由煙氣中的H2S氣體造成。在燃燒區(qū)域煙氣中氧含量較低并存在還原性氣體(如CO、H2等)時(shí)，煤中的硫和氯會(huì)生成H2S和HCI氣體，并與水蒸氣形成腐蝕性較強(qiáng)的酸性氣體，與管壁金屬氧化膜發(fā)生腐蝕反應(yīng)，從而使金屬表面的保護(hù)膜遭到破壞。

另外目前環(huán)保要求下的低氮缺氧燃燒是高溫腐蝕的重要原因。

二、水冷壁腐蝕的危害

電廠的水冷壁在十分惡劣的環(huán)境下工作，存在磨損、拉裂、高溫腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題，這些問(wèn)題不及時(shí)發(fā)現(xiàn)最終都可能引起事故的發(fā)生。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，火電機(jī)組非停事故有60%是由于鍋爐“四管"爆裂引起的，“四管"爆裂里面75%是由于水冷壁的腐蝕磨損引起的。

我國(guó)將近八成的大型電站鍋爐受到水冷壁高溫腐蝕的影響，高溫腐蝕會(huì)造成水冷壁厚度不斷變薄、材料強(qiáng)度降低，水冷壁可能有爆管、泄漏情況的發(fā)生，危及到整個(gè)鍋爐的正常安全運(yùn)行。一旦發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)事故，會(huì)對(duì)發(fā)電廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此鍋爐高溫腐蝕的防治對(duì)于鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的，水冷壁的定期檢測(cè)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，杜絕事故的發(fā)生。

三、水冷壁腐蝕的傳統(tǒng)檢測(cè)

目前國(guó)內(nèi)鍋爐水冷壁的檢測(cè)方式，主要是人工搭腳手架或者升降平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)，外壁檢測(cè)主要是用肉眼和手感、用超聲測(cè)厚儀測(cè)量管壁厚度找出腐蝕位置；內(nèi)壁用超聲波測(cè)厚儀或割管用內(nèi)窺鏡檢查管內(nèi)腐蝕情況。

鍋爐爐膛內(nèi)的粉塵比較大，而且需要等待爐膛內(nèi)冷卻到室溫才能搭建腳手架。對(duì)水冷壁進(jìn)行人工檢查，工作環(huán)境惡劣、工作量大、進(jìn)度慢、成本高。而且人為的因素、數(shù)據(jù)并不是很完善，易出現(xiàn)漏檢。且鍋爐水冷壁檢修屬于受限空間內(nèi)高空作業(yè)，其風(fēng)險(xiǎn)程度相當(dāng)高，一旦發(fā)生高空墜落將給當(dāng)事人與企業(yè)造成嚴(yán)重后果。

四、水冷壁爬行機(jī)器人的檢測(cè)

4.1 檢測(cè)簡(jiǎn)介

我司針對(duì)水冷壁人工檢測(cè)的問(wèn)題開(kāi)展研究。研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)電廠現(xiàn)場(chǎng)考查和多次設(shè)計(jì)的實(shí)際試用，研制成功了水冷壁爬行 機(jī)器人。水冷壁爬行 機(jī)器人能夠代替人工進(jìn)行水冷壁檢測(cè)，機(jī)器人采用永磁技術(shù)吸附在水冷壁上，可在水冷壁上移動(dòng)，通過(guò)實(shí)時(shí)的高清視頻完成對(duì)水冷壁排管浮灰的沖洗、清焦、排管外觀的檢測(cè)、排管壁厚度的自動(dòng)檢測(cè)、缺陷的定位等功能。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電廠水冷壁防磨防爆的智能化各方位檢測(cè)，對(duì)推動(dòng)電廠安全運(yùn)行、節(jié)省工期和費(fèi)用具有重要意義。

4.2 組成和原理

機(jī)器人采用磁性吸附式結(jié)構(gòu)，能夠在爐膛范圍內(nèi)可靠攀爬，機(jī)器人垂直拉力大于200kg。并可根據(jù)不同任務(wù)進(jìn)行模塊組裝，包括驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、清洗裝置和顯示控制器。

驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)包括車(chē)身、減速電機(jī)、車(chē)架和磁輪，減速電機(jī)設(shè)置于車(chē)身內(nèi)。

檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括前、后置高清攝像頭、電磁超聲測(cè)厚儀、定位裝置，分別設(shè)置在車(chē)身上。

清洗裝置包括清掃刷和兩個(gè)高壓噴水裝置組成，分布于車(chē)身的兩側(cè)。

顯示控制器采用7寸高清觸摸屏的安卓系統(tǒng)控制終端，控制水冷壁的爬行機(jī)器人行走、檢測(cè)、清洗和厚度的顯示。

4.3 水冷壁爬行機(jī)器人的特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)

（1）高清視頻

攝像頭采用200萬(wàn)像素CMOS圖像傳感器，150°大視場(chǎng)角，LED照明，實(shí)時(shí)1080P高清攝像、存儲(chǔ)。可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、機(jī)器人的行走、管壁外觀高溫磨損的檢測(cè)和記錄。

（2）高壓沖洗

搭載的2個(gè)高壓水清洗系統(tǒng)，對(duì)水冷壁進(jìn)行清洗時(shí)可達(dá)到5兆帕的沖洗力，能很高效的把水冷壁上的一些結(jié)渣、結(jié)焦沖洗掉，沖洗耗水量不大于10L/min。

（3）高精度測(cè)厚

采用電磁超聲測(cè)厚裝置，無(wú)需耦合劑，以0.1mm精度的測(cè)量水冷壁的管壁厚度。省去了傳統(tǒng)的超聲波測(cè)厚方式必須涂抹耦合劑才能進(jìn)行測(cè)厚的不方便性。